Des chercheurs de l’Université de Floride centrale ont créé une technologie unique pour le traitement de l’ostéoporose qui utilise des nanobulles pour administrer un traitement à des zones ciblées du corps d’une personne.
La nouvelle technologie a été développée par Mehdi Razavi, professeur adjoint au Collège de médecine de l’UCF et membre du cluster Biionix à l’UCF, et Angela Shar, étudiante en sciences biomédicales à l’UCF, au laboratoire de biomatériaux et de nanomédecine, dans le cadre de l’accent mis par le laboratoire sur le développement d’outils. pour le diagnostic et la thérapeutique.
L’ostéoporose est une maladie caractérisée par un déséquilibre entre la capacité de l’organisme à former un nouveau tissu osseux, ou ossification, et à décomposer ou éliminer l’ancien os, appelé résorption.
Selon la Bone Health & Osteoporosis Foundation (BHOF), des études suggèrent qu’une femme sur deux et jusqu’à un homme sur quatre âgés de 50 ans et plus se fractureront un os à cause de l’ostéoporose. De plus, les experts prédisent que d’ici 2025, l’ostéoporose sera responsable d’environ 3 millions de fractures et de 25,3 milliards de dollars de coûts par an.
Razavi dit qu’un corps sain remplace continuellement les tissus osseux anciens ou endommagés à un rythme régulier pour assurer une bonne qualité et une bonne masse osseuse.
« Mais lorsque le taux de résorption osseuse devient supérieur à la formation osseuse, cela conduit à l’ostéoporose, une maladie systémique du système squelettique », dit-il.
De nombreux traitements de l’ostéoporose utilisent aujourd’hui des médicaments tels que les bisphosphonates pour inhiber la résorption osseuse. Les effets secondaires peuvent inclure une ostéonécrose de la mâchoire (cicatrisation retardée de la mâchoire) et des problèmes gastro-intestinaux.
L’invention de l’UCF, cependant, utilise des nanobulles sensibles aux ultrasons pour administrer un traitement à des zones ciblées du corps d’une personne.
« Il existe de nombreuses nanoplateformes pour le traitement de l’ostéoporose », déclare Razavi. « Mais l’avantage des nanobulles sensibles aux ultrasons est qu’elles nécessitent des ultrasons pour perturber les bulles et délivrer les gènes. Les ultrasons eux-mêmes peuvent en fait faciliter la formation osseuse. »
Alternative viable et sûre, l’invention de l’UCF traite et prévient à la fois les effets de l’ostéoporose.
« Il s’agit d’une technologie à double effet », explique Razavi. « D’un côté, vous réduisez la résorption osseuse, et de l’autre, vous augmentez la formation osseuse grâce aux ultrasons. »
Dans un exemple d’application, les nanobulles portent le gène de silençage ou d’inactivation lié à l’ostéoporose, la cathepsine K petit acide ribonucléique interférent (ARNsi CTSK).
Razavi dit que les nanobulles empêchent à la fois l’ARNsi d’interagir directement avec son environnement et ciblent les cellules ostéoclastes, qui sont les cellules osseuses qui portent le gène CTSK. Le CTSK est un acteur clé du processus de résorption osseuse.
« Donc, nous régulons à la baisse, réduisons l’expression élevée de ceux [bone resorption] gènes utilisant l’ARNsi », dit-il.
Il a ajouté que le système d’administration aide également à ralentir la libération du traitement et à prolonger l’efficacité du mécanisme de silençage génique.
Chaque nanobulle encapsule le traitement dans un noyau gazeux et une coque liquide en perfluorocarbone.
« Le noyau de gaz nous aide à imager et à suivre les nanobulles », explique Razavi. « Il est également intégré à des molécules qui peuvent cibler l’os. »
« Les bulles pénètrent dans les cellules osseuses, recherchent et trouvent les gènes qui causent l’ostéoporose, et elles enterrent l’ARNsi CTSK qui crée alors un complexe », dit-il. « Ce complexe est thermodynamiquement instable, et cela conduira à une sorte de régulation négative ou de silence de ces gènes. Lorsque vous mesurez l’expression de la cathepsine K, vous obtenez une expression plus faible de celle-ci. »
Pour une libération contrôlée et séquentielle et un traitement personnalisé (par exemple, faible intensité pour les fractures superficielles par rapport à haute intensité pour les lésions profondes), les paramètres ultrasonores peuvent être modifiés, y compris le temps d’exposition, l’intensité, la fréquence et la forme d’onde.
Razavi a cité d’autres utilisations de l’invention.
« Vous pouvez l’utiliser pour le cancer et d’autres applications, comme les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer », dit-il.
L’un des avantages des nanobulles par rapport aux microbulles est leur capacité à traverser la membrane cellulaire pour délivrer des agents thérapeutiques.
« Les ultrasons peuvent en fait ouvrir la barrière hémato-encéphalique pour faciliter la migration des nanobulles dans les cellules neurales pour la délivrance de gènes », dit-il.
Les médicaments chimiothérapeutiques peuvent être encapsulés dans les bulles puis injectés pour cibler les tumeurs. De plus, comme ces bulles ont un noyau gazeux, elles peuvent fournir de l’oxygène.
« Une solution ici consiste à fournir de l’oxygène dans les tissus pour faciliter la régénération », dit-il. « Nous essayons de trouver des approches qui pourraient être déployées à l’échelle mondiale, qui sont non invasives, largement disponibles, portables et peu coûteuses. »
La recherche est publiée dans la revue Nanomédecine : nanotechnologie, biologie et médecine.
Plus d’information:
Angela Shar et al, Un nouveau système de délivrance de gènes à base de nanogouttelettes médié par ultrasons pour le traitement de l’ostéoporose, Nanomédecine : nanotechnologie, biologie et médecine (2022). DOI : 10.1016/j.nano.2022.102530